Hidrofobik malzemelerle kaplanmış nişasta bazlı köpük tabak üretimi

Abstract

Genleştirilmiş polistiren tabakların gıda ambalajlama ve servisinde kullanımı hafif ve ucuz olması nedeniyle özellikle son yıllarda çok fazla yaygınlaşmıştır. Fakat çevre üzerindeki olumsuz etkilerinden dolayı dünyanın pek çok yerinde kullanımı yasaklanmaya veya kısıtlanmaya başlamıştır. Son yıllarda biyobozunur köpük tabak üretimi üzerine pek çok çalışma yapılmaktadır. Nişasta bazlı köpük tabaklar biyobozunur olması ve yeterince mekanik dirence sahip olması açısından büyük umut vadetse de suya karşı yeterince direnç gösterememesi, ticari olarak kullanımının yaygınlaşmasındaki en önemli engellerden biridir. Bu çalışmada glioksal ile çapraz bağlanmış buğday nişastası veya buğday-patates nişastası karışımından hazırlanan %35'lik nişasta süspansiyonuna, nişastanın %0,5'i kadar guar gam ve %7'si kadar buğday lifi eklenip pişirilerek köpük tabaklar üretilmiştir. Tabakların suya karşı direncini arttırmak amacıyla, tabaklar polilaktik asit (PLA), polikaprolakton (PCL) ve polimetil metakrilat (PMMA) çözeltileri kullanılarak kaplanmıştır. PLA ve PCL kloroformda çözülerek, PMMA çözeltisi ise benzende çözülerek kaplama çözeltileri hazırlanmıştır. Farklı malzemelerle kaplanan köpük tabakların yoğunlukları, yüzde su emme miktarları ve hızları, mekanik özellikleri belirlenmiştir. Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrometresi (FT-IR) ile kaplanmış tabakların yüzeyi incelenmiş, taramalı elektron mikroskobu (SEM) altında tabakların yüzey ve yan kesitleri görüntülenmiştir. Simüle edilmiş toprağa gömülen köpük tabak parçalarının yüzde ağırlık kayıpları ve görsel değişimleri izlenmiştir. Köpük tabakların yoğunlukları, nişasta kaynağından etkilenmezken (p>0,05) kaplama malzemelerinin tabakların yoğunlukları üzerinde önemli seviyede (p<0,05) etkili olduğu ve tabakların yoğunluklarını arttırdığı bulunmuştur. Buğday ve buğday-patates nişastasından üretilen köpük tabakların ortalama yüzde su emme miktarlarının sırasıyla %50 ve %53 olduğu, aralarındaki farkın istatiksel açıdan önemli olmadığı belirlenmiştir. PLA (%12) ve PMMA (%8) ile kaplanan köpük tabakların ortalama yüzde su emme miktarları önemli seviyede (p<0,01) azalmıştır. Kaplanmamış tabakların ortalama su emme hızının 8,413 g/dk olarak bulunmuş, kaplama uygulaması tabakların su emme hızını önemli seviyede azaltmıştır. PCL, PLA ve PMMA ile kaplanan örneklerin su emme hızları sırasıyla 1,783 g/dk, 0,247 g/dk ve 0,014 g/dk olduğu, özellikle PMMA ile kaplamanın, örneklerin su emme hızını en etkili şekilde azalttığı belirlenmiştir. Buğday nişastasından üretilen köpük tabakların bükme mukavemetinin (1,848 MPa) ve elastik modulünün (66,026 MPa), buğday-patates nişastalarından üretilen köpük tabakların bükme mukavemetinden (1,388 MPa) ve elastik modülünden (50,598 MPa) daha yüksek olduğu bulunmuştur. PLA (1,525 MPa) ile kaplanmış tabakların bükme mukavemeti kaplanmamış tabaklarınkine (1,180 MPa) benzer çıkarken PMMA (1,801 MPa) ve PCL (1,967 MPa) ile kaplanmış tabakların bükme mukavemetinin kaplanmamış tabaklarınkinden istatiksel olarak önemli seviyede yüksek olduğu tespit edilmiştir. FT-IR analizi ile kaplama malzemelerinin nişasta bazlı köpük tabakların yüzeylerini başarılı bir şekilde kapladığı tespit edilmiştir. Yüzey SEM görüntülerine göre buğday-patates nişastasından üretilen tabakların buğday nişastasından üretilen tabaklara göre yüzeylerinde daha az çatlak olduğu, gözenek sayısının daha az ve gözenek çapının daha küçük olduğu belirlenmiştir. Kaplama malzemelerinin köpük tabakların yüzeylerindeki çatlakları ve gözenekleri doldurduğu, bundan dolayı köpük tabakların yoğunluklarının, bükme mukavemetlerinin, elastik modüllerinin arttığı, yüzde su emme miktarlarının ve hızılarının azaldığı tespit edilmiştir. Kesit SEM görüntülerinden PCL, PLA ve PMMA'nın ortalama kaplama kalınlıkları sırasıyla 48,37 µm, 29,93 µm ve 44,07 µm olarak bulunmuştur. Simüle edilmiş toprağa gömülen kaplanmamış tabakların 3. günde, PCL ile kaplanmış tabakların 42. günde, PLA ile kaplanan tabakların ise 84. günde tartılamayacak şekilde parçalandığı görülmüştür. PMMA ile kaplanan tabakların ise 120. günde ortalama %95 oranında parçalara ayrıldığı belirlenmiştir. Denemesi yapılan kompostlama koşullarında tamamıyla parçalara ayrılması en uzun zaman alacak tabakların nişasta kaynağından bağımsız olarak PMMA ile kaplanan tabaklar olduğu sonucuna varılmıştır.